C114訊 6月21日消息（邵鵬慧）昨天下午，由CIOE中國光博會和C114通信網聯合舉辦的“2024中國光通信高質量發(fā)展論壇·工業(yè)PON技術研討會”順利召開。會上，北京郵電大學教授張佳瑋應邀作了題為《工業(yè)PON中確定性網絡傳輸技術研究》的主題演講。
張佳瑋表示，常規(guī)PON技術發(fā)展思路主要關注于如何提升網絡帶寬，然而面向工業(yè)互聯場景，工業(yè)PON需要具備更低的時延和更高的可靠性，才能為時延敏感業(yè)務流提供可預測和可保證的“傳輸通道”。張佳瑋指出，要實現重確定性傳輸，就必須要解決PON在帶寬分配方案、注冊和測距機制以及隊列調度機制等三大挑戰(zhàn)；結合科研實踐，張佳瑋從MAC層視角，分享了他對于工業(yè)PON確定性傳輸五大關鍵技術的思考。
IT/OT融合承載：工業(yè)PON應用前景廣闊
張佳瑋表示，工業(yè)互聯網分為三個發(fā)展階段，第一階段僅包含工業(yè)控制網絡（OT）。主要針對工業(yè)控制系統內部，也就是工業(yè)I/O和控制器PLC之間的通信，需要極低的時延和抖動保障。
第二階段為工業(yè)信息網絡（IT），IT和OT兩張網絡獨立發(fā)展。隨著企業(yè)數字化轉型，以現代通信技術為基礎的工業(yè)信息網絡飛速發(fā)展，傳輸輔助工業(yè)生產的音視頻、文本數據，對帶寬的要求較高，此時互聯工業(yè)互聯網包含兩張網，一是工業(yè)控制網，二是工業(yè)信息網絡，在初始階段兩張網獨立演進。
第三階段，OT和IT兩張網呈現融合的發(fā)展趨勢。這種共網承載對于傳統通信網絡傳輸性能提出了更高的要求——在一張網絡下傳輸工業(yè)控制信息和工業(yè)數據信息，并且滿足各自業(yè)務的傳輸需求。
張佳瑋介紹，從通信方式講，工業(yè)互聯網的業(yè)務可以分成三類，一類為控制器到設備（C2D），流量特征為周期流、速率低、時延低抖動低。第二類為控制器到控制器（C2C），以等時流為主，速率低、抖動低。第三類業(yè)務為設備到計算機（D2Cmp），通常為傳統的通信類業(yè)務，主要用于輔助生產。以突發(fā)流和異步周期流為主，速率較高、時延較高。
在談到工業(yè)互聯網的典型組網技術時，張佳瑋表示TSN能夠實現較低的時延和抖動，但抗干擾能力、移動性能差，且速率不高；工業(yè)5G移動性較好，但抗干擾能力、時延抖動性較差；PON相比于其他組網技術，抗電磁干擾能力較強，為P2MP結構且傳輸能量大。
降低端到端時延：PON面臨三大技術挑戰(zhàn)
張佳瑋表示，確定性網絡傳輸能力是指通過業(yè)務調度和傳輸行為的控制，為時延敏感業(yè)務流提供可預測和可保證的“傳輸通道”，實現有界時延、抖動和丟包的能力。
張佳瑋指出，PON端到端時延分成五個部分，分別為處理時延、PON MAC時延、發(fā)送時延、傳播時延、以及OLT二層轉發(fā)時延，由于其他三個時延為系統固有時延，所以引起時延不確定性的為PON MAC時延和OLT二層轉發(fā)時延。
張佳瑋總結，常規(guī)PON在確定性網絡傳輸方面遇到一系列挑戰(zhàn)：
傳統帶寬分配方案挑戰(zhàn)，傳統的帶寬分配機制本質上基于統計復用原理，滿足較低的平均時延，適合傳統通信類業(yè)務，但無法滿足具有低時延邊界需求的工業(yè)業(yè)務。
注冊和測距機制挑戰(zhàn)，OLT周期性開啟靜默窗口，用于新ONU的注冊和測距，開啟期間，已經存在于網絡中的ONU不能發(fā)數據，會引入較大時延。
隊列調度機制挑戰(zhàn)，OLT與ONU需要對進入PON的以太網數據幀進行處理轉發(fā)，常規(guī)PON內部的調度機制，基于優(yōu)先級的隊列映射，雖然一定程度上保證業(yè)務的服務質量，但 OLT基于統計復用原理，在轉發(fā)過程中會導致抖動增大。
從MAC層視角看工業(yè)PON確定性傳輸五大關鍵技術
張佳瑋表示，從MAC層視角，現有工業(yè)PON中實現確定性傳輸有五大關鍵技術。
第一是協作式DBA技術。OLT通過協作傳輸接口與外部設備通信，提前進行帶寬分配，從而減少“請求-授權”過程中產生的時延。
第二是單幀多突發(fā)技術。增加GPON上行幀中光突發(fā)的個數，降低時延。但是過多光突發(fā)會增加系統保護帶寬，從而造成整個PON系統吞吐下降，因此，在實際中需要結合業(yè)務場景設計合適帶寬分配算法，減少多突發(fā)情況下造成的系統開銷。
第三是對確定性帶寬分配算法的改進，介紹了基于時間感知的確定性帶寬分配算法與基于循環(huán)傳輸窗口的確定性帶寬分配方案，通過設計周期性傳輸窗口，保證業(yè)務的確定性傳輸。
第四是網關的抖動補償，在入口網關實現抖動控制，在出口網關實現抖動補償。
第五是基于網絡演算的建模與性能分析技術。根據業(yè)務流量特征，建立業(yè)務到達曲線模型α(t)，根據MAC調度策略，建立PON服務曲線模型β(t)，根據α(t) 和β(t) ，得到業(yè)務時延上界和系統緩存上界�！案鶕辖缰担梢栽O計通信網絡系統，這提供了一個比較重要的意義�！睆埣熏|強調。
